قسمت‌های اصلی نیروگاه خورشیدی از نوع دریافت کننده مرکزی

نیروگاه‌های دریافت کننده مرکزی یا هلیوستاتی با انعکاس پرتو‌های خورشید به وسیله تعداد زیادی منعکس کننده بر روی یک سیستم دریافت کننده، باعث ایجاد حرارت بالا شده که این حرارت به وسیله سیال عامل باعث به حرکت در آمدن توربین و تولید برق می‌گردد. پس می‌توان دریافت که بخش‌های اصلی این نیروگاه، هلیوستات ها، سیستم دریافت کننده مرکزی، سیستم انتقال حرارت و سیستم ذخیره حرارتی میباشد.

 

 

یک نیروگاه هلیوستات

 

الف)هلیوستات
هلیوستات ها، آینه‌های منعکس کننده قابل کنترلی هستند که قابلیت تعقیب خورشید در طول روز را دارند و با زاویه خاصی که هرکدام از آن‌ها در طول روز با خورشید دارند، به نحوی خورشید را دنبال میکنند که بیشترین میزان دریافت و انعکاس پرتو‌های خورشید را داشته باشند. هلیوستات‌ها خود از چند قسمت اصلی تشکیل شده اند که عبارتند از: آینه ها، سازه فلزی، فوندانسایون ، سیستم محرک و سیستم کنترل کننده خورشیدی.

 

قسمت‌های مختلف یک هلیوستات

 

الف- ۱)آینه‌ها
آینه‌ها مهمترین بخش هلیوستات می باشند که وظیفه انعکاس پرتو‌های خورشید بر روی دریافت کننده مرکزی را بر عهده دارند. برای ساخت آینه ها، باید سطحی در نظر گرفته شود که بتوان پوششی نازک از بعضی فلزات را بر روی آن قرار داد. جنس این سطح بر آینه‌هایی که فلز پشت آن پاشیده میشود از شیشه یا پلیمر‌های شفاف است و برای آینه‌هایی که فلز روی آن مالیده می شود، پلیمر کدر می باشد. آینه‌ها به وسیله قاب‌های فلزی بر روی سازه فلزی ساخته شده، نصب و محکم می گردد.

صحنه‌ای از نصب هلیوستات

 

الف- ۲ )سازه فلزی و فونداسیون
قسمتی از هلیوستات‌ها که آینه‌های منعکس کننده بر روی آن نصب و محکم می شود، سازه فلزی نام دارد. در ساخت هلیوستات‌های کوچک و متوسط از سازه‌هایی که از یک ستون و چند تیر کمکی متقاطع تشکیل شده است، استفاده می شود. این سازه دارای قابلیت حرکت مناسب با بازه مطلوب میباشد ولی برای هلیوستات‌های بزرگ از یک ستون اصلی و خرپا‌های فضایی استفاده می شود. واسطه نصب و محکم شدن هلیوستات‌ها برروی زمین، فوندانسیون آن‌ها می باشند که معمولاً از نوع بتنی است و حفره‌هایی بر روی آن‌ها تعبیه شده که ستون سازه در آن قرار میگیرد.

 

نمایی از قسمت پشتی یک هلیوستات

 

الف- ۳ )سیستم‌های محرک و کنترل کننده
سیستم محرک هلیوستات، قابیلت حرکت هلیوستات‌ها را در دو جهت افقی و عمودی برای تمرکز بیشتر نور خورشید فراهم می کند و سیستم کنترل، عمل ردیابی خورشید در طول روز را با اعمال فرمان حرکت در دو جهت عمودی و افقی به سیستم های محرک امکانپذیر می کند. سیستم‌های کنترل کننده دارای انواع مختلفی، چون کنترل مکانیکی، کنترل هیدرولیکی و کنترل توسط کامپیوتر هستند که در سیستم مکانیکی، یک دینامومتر متصل به گیربکس به نحوی عمل می کند که باعث حرکت هلیوستات‌ها از طلوع تا غروب خورشید می شود. در سیستم کنترل هیدرولیکی، حرکت هلیوستات توسط یک سیلندر هیدرولیکی انجام می گیرد و در طول روز مقداری روغن که میزان آن مشخص است به داخل سیلندر پمپاژ می شود و با فشاری که پمپ در سیلندر تولید میکند باعث می شود تا هلیوستات‌ها در طول روز به دنبال خورشید به حرکت درآیند.

سیستم کنترل توسط کامپیوتر گران قیمت بوده ولی بسیار مطمئن و دقیق می باشد و در اغلب نیروگاه‌ها از آن استفاده می شود.در این روش، کنترلی برای هر هلیوستات با موقعیت مکانی خاص خودش یک برنامه به کامپیوتر داده می شود که شکل موقعیت جغرافیایی آینه ها، فاصله آن‌ها تا برج دریافت کننده و میزان سایه انداختن هلیوستات‌ها بر روی هم در زمان‌های مختلف سال است و سیستم کنترل کامپیوتر برای هر هلیوستات، یک برنامه جهت اعمال به سیستم محرک طرح ریزی می کند.

 

شماتیک بررسی سایه اندازی نیروگاه

 

ب )سیستم دریافت کننده مرکزی
سیستم دریافت کننده مرکزی وظیفه تمرکز و جذب حرارت ایجاد شده توسط هلیوستات‌ها و انتقال انرژی حرارتی ایجاد شده به سیال عامل را ایفا می کند. این دریافت کننده در بالای برج دریافت کننده قرار گرفته و در معرض بیشترین تشعشعات منعکس شده تا حدود ۳۰۰۰ تا ۷۰۰۰ کیلووات بر مترمربع است، قرار دارند. دیواره این دریافت کننده‌ها از یک سری لوله‌های موازی که در کنار هم قرار دارند و در داخل آن‌ها سیال جریان دارد تشکیل شده است. انرژی خورشیدی به سطح خارجی لوله‌ها منعکس شده و انرژی جذب شده توسط لوله‌ها به سیال داخل آن‌ها منتقل می شود. این لوله‌ها از قسمت فوقانی مسدود شده اند و نتیجتاً انبساط حرارتی در قسمت پایین آن‌ها اتفاق می افتد. ظرفیت حرارتی سیستم دریافت کننده به مجموع انرژی ورودی به سیکل انتقال حرارت و میزان انرژی ذخیره شده در ساعات روز گویند که این پارامتر به عوامل دیگری همچون طول لوله‌های دریافت کننده، تلفات هلیوستات‌ها و دیگر تلفات موجود در سیستم بستگی دارد. یکی از این عومل محدود کننده، طول لوله‌های دریافت کننده است که نمی تواند حداکثر از ۳۰ متر تجاوز کند و این امر باعث محدود شدن قابلیت جذب دریافت کننده می گردد.

ج )سیستم انتقال حرارت
سیستم انتقال دهنده حرارت همانطور که از نام آن پیداست، وظیفه انتقال حرارت تولید شده در سیستم دریافت کننده مرکزی به سیال عامل برای تولید بخار جهت تجهیزات تولید توان و پمپ‌ها را دارد و از بخش‌های سیال انتقال دهنده حرارت و لوله‌های دریافت کننده تشکیل شده است. در ساختمان نیروگاه‌های هلیوستاتی سیال‌های مختلفی مثل بخار آب، فلزات مایع، نمک‌های مذاب و گاز‌ها میتوان استفاده کرد که هریک از این سیال ها، ویژگی‌های خاص خود را دارند.

استفاده از آب به عنوان سیال
در سیستم‌هایی که در آن، آب به عنوان سیال دریافت کننده مرکزی است، آب تحت فشار با فشار حدود ۱۰۰ بار و دمای ۵۰۰ درجه سانتی گراد تبدیل به بخار داغ می شود و بخار داغ به صورت مستقیم برای حرکت توربین در پایین برج نصب شده مورد استفاده قرار میگیرد و بخار اضافی تولید شده را میتوان در یک سیستم ذخیره حرارت برای مصرف در حالات ابری و یا در شب ذخیره کرد.

استفاده از نمک نیترات به عنوان سیال
در بعضی سیستم‌ها از نمک نیترات مذاب به عنوان سیال انتقال حرارت استفاده می شود. نمک نیترات دارای نقطه ذوب حدود ۲۲۰ درجه سانتیگراد می باشد و نسبت به سایر مایعات نظیر آب و روغن حرارت بیشتری در خود نگه میدارد. در این نیروگاه ها نمک تا حدود ۵۶۰ درجه سانتی گراد داغ می شود و پس از اینکه حرارت نمک برای مافوق گرم کردن بخار در مبدل حرارتی گرفته شد، نمک با حدود ۲۸۰ درجه سانتیگراد دما در یک مخزن ذخیره می‌شود تا در موقع لزوم استفاده گردد. استفاده از این روش دارای این مزیت است که نمک را می توان به صورت داغ در یک مخزن ذخیره کرد و نمک داغ حرارت خود را تا ۱۳ ساعت حفظ می نماید. در استفاده از سدیم مایع تا حدود ۶۲۰ درجه سانتیگراد در سیستم دریافت کننده گرم شده و گرمای آن در یک سیکل مبدل حرارتی باعث چرخش توربین می شود.

 

استفاده از نمک نیترات در هلیوستات‌ها

 

د) سیستم ذخیره انرژی حرارتی (TES)
با توجه به حرکت خورشید در طول روز و تغییر میزان جذب انرژی تشعشعات خورشید، وجود یک سیستم ذخیره کننده حرارتی برای زمان‌های ابری یا در هنگام شب جهت تأمین توان الکتریکی لازم با نرخ ثابت و بصورت پیوسته و مستمر ضروری به نظر می رسد. سیستم‌های ذخیره انرژی می توانند شیمیایی، الکتروشیمیایی و مکانیکی باشند ولی ویژگی خاص نیروگاه‌های هلیوستاتی باعث می شود تا بیشتر از سیستم‌های ذخیره حرارتی با استفاده از تانک‌های ذخیره سیال داغ استفاده شود.